浅谈石化行业低碳发展路径

＊柏洪浩 危拓

（中海石油中捷石化有限公司 河北 061100）

引言

国家碳达峰碳中和战略要求下，产业做强做大与碳约束趋严的矛盾日益凸显，炼化行业面对能源绿色低碳发展、保障国家能源安全及自身生产经营的多重压力，距离实现能耗双控向碳排放双控的转变仍存在较大挑战，要统筹处理好发展和减排的关系，积极实施碳达峰碳中和目标行动方案，稳步推进炼油化工等高碳排放业务转型升级步伐。

1.国家碳达峰碳中和对石化行业的要求

我国力争2030 年前碳排放达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和；到2030 年，中国单位GDP 二氧化碳排放将比2005 年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右。

碳达峰碳中和目标下，我国炼化行业面临发展与减碳双重挑战。一方面，随着经济发展和市场需求变化，化工品及新材料的需求持续快速增长，推动产能快速增长。“十四五”期间，我国仍将有多个炼化一体化项目建成投产，预计2025 年我国炼油能力达9.8亿吨，乙烯总产能突破5000 万吨，成为世界第一大炼油和乙烯生产国。另一方面，我国确立2030 年前实现碳达峰、2060 年前实现碳中和的目标，这就意味着炼化行业低碳发展是必然选择[1]。

2.石化行业碳排放现状

目前CO2排放主要来源于电厂、水泥、钢铁、煤化工四大行业，占排放总量的92.4%，炼化行业占总排放量的4.2%，占比相对较小[2]。

炼化行业是向社会输出汽油、柴油、液化石油气等化石能源的重要行业，也是温室气体减排的重要参与者、执行者。不同炼厂因产业链、产能规模等存在差异，加工过程的能源消耗也存在差别。通过对国内几家炼厂碳排放量相关数据的收集分析，从中小型炼厂到千万吨级炼厂，排放大多集中在化石燃料燃烧和过程排放中，约占炼厂总排放量的70%以上。其主要排放源为锅炉、加热炉、焚烧炉等各类窑炉及催化烧焦、制氢等过程排放。部分炼厂周边资源禀赋，热源依托外界，导致化石燃料燃烧排放较少，净购入热力排放较高。

未来较长一段时间内，在全球实现碳达峰碳中和的政策驱动下，碳排放权交易将作为市场化手段，促进碳减排的一项重要政策机制。由于石化等行业工艺复杂，碳配额分配难度较高，目前全国碳排放权交易市场仅覆盖了发电行业。随着《碳排放交易权管理办法（试行）》《关于全国碳排放权交易市场2021、2022 年度碳排放配额清缴相关工作的通知》等相关法规政策体系的不断完善，交易范围逐步扩大，石化行业纳入碳排放交易是必然趋势。因此，作为推动国家绿色低碳高质量发展的重要参与者、贡献者，石化行业碳排放的精细化管理亟需提升，低碳发展方向值得深思。

3.石化行业低碳发展路径

(1)提升用能效率

实现碳达峰碳中和目标，首先要把节约能源资源、提高用能效率放在首位，实行全面节能战略，持续降低石化行业单位产值能源消耗和碳排放量，提高投入产出效率。石化行业产业链不尽相同，油品加工过程技术复杂，高温、高压过程中消耗大量能源，当务之急需要加强节能项目的研讨和应用，对短、长期节能项目进行统一部署，构建高效、低耗的产品加工流程。

①实施设备优化。提升设备能效，一是要着眼于提高工业窑炉运行热效率，减少燃料消耗。管式加热炉作为主要的能量转换设备，是装置的耗能大户，要依靠技术改造、应用高效材料等实现炉管传热强化。如通过实施加热炉余热回收系统优化改造、加热炉炉墙粉刷节能涂料等措施，实现加热炉热效率提升。另外可通过降低排烟温度及氧含量等操作优化，降低装置能耗，减少污染物的排放及燃料耗量。二是定期开展能效监测，加强对能耗高、效率低的重点耗能设备开展技术攻关。推广使用低耗能设备和高效电机、泵，减少压缩机无用功，分阶段实施低效电机、变压器替代，不断提升高效设备占比，有效解决设备“大马拉小车”现象。

②开展余热利用。石化行业现基本已采取措施对生产装置的低温热开展初步利用，如使用热媒水伴热代替蒸汽伴热，以减少低压蒸汽消耗；又如采用阶梯换热方式，剩余低温热与对温度需求低的物料进一步换热升温，减少低压蒸汽和冷却设备的使用。但仍存在部分余热受工艺条件限制未被深入利用，减排潜力未被充分发掘的现象。需要实施以公司为边界的热源梳理，进行整体优化，以热量多级利用为原则，最大限度利用包括减渣、精制柴油、热水、蒸汽凝结水等余热，减少蒸汽管道散热损失、罐顶乏气排空，挖掘优化潜能。

(2)加强生产优化

当前，部分炼厂的生产装置仍存在节能操作不合理的现象，全厂能量优化方面有待加强。一方面，主体生产装置存在较大优化空间，例如，催化裂化装置部分低温位热量不能充分回收利用，为控制分馏塔顶循油及塔顶回流温度，利用循环水或空冷器进行冷却，这使得低温位热量遭受严重损失，同时也耗费了大量循环水[3]，可设立低温热媒水系统，取热后送至各用户，为部分装置分馏塔底重沸器、溴化锂机组、采暖站及伴热站等提供热源[4]。

另一方面，循环水等公用工程系统整体优化不合理，例如，部分装置冷却强度不足的现象频有发生，存在大流量、小温差现象，装置水冷器用水存在较大优化空间，建议循环水场及各装置对循环水流量进行调整，在满足工艺物料出口温度、循环水壳程流速大于0.3 m/s、循环水管程流速大于0.9 m/s 的条件下，控制循环水给、回水温差＞6 ℃。若将给、回水温差升高到6 ℃，将使用水量及能耗大幅下降，此外要加强对换热效果差的换热器进行清洗除垢。

(3)减少常燃火炬

火炬是炼厂重要安全措施，其配有气柜回收系统，对炼厂干气进行回收利用，要严格控制火炬排放，尤其是开停工等异常工况时，炼厂干气要最大限度通过气柜回收利用。

(4)实施清洁化能源替代

炼厂电力主要为外购，华北地区电力折算系数明显高于华南等区域，其主要原因是北方电厂可再生能源使用比例较低，火电机组单位供电标煤耗较高，因此，直接造成北方炼厂电力隐含的碳排放量大。基于此，我国正构建以新能源为主题的新型电力系统，同步构建动态电网碳排放因子[5]。在“双碳”及构建新型电力系统的背景下，我国将加快实现能源绿色低碳转型，新能源发电比例将进一步提升。石化行业可采取与风能、核能等清洁电力公司的洽谈，签订绿电采购协议，提高清洁电力的使用占比。依托停车场等资源，建设光伏发电项目，实现“零碳办公”。

氢气作为清洁的二次能源，其不仅来源广泛，而且燃烧热值高，燃烧后无环境污染、无二氧化碳排放，具有非常大的发展潜力，故发展氢能在优化我国的能源消费结构、加快能源消费结构向新能源转型及保障国家能源安全等方面具有重要意义。我国将力争在2060 年达到碳中和，与同样成本较低的化石能源制氢相比，化工副产制氢在碳减排方面有显著优势。

(5)加强甲烷管控

甲烷作为温室气体的重要组成部分，在石化行业主要体现在设备管线与组件泄漏、储罐、装卸、污水逸散等环节，要依靠技术、管理提升实现加工过程减排，以挥发性有机物管控为抓手，采取减污与降碳协同治理举措。一是定期开展LDAR 检测，及时修复泄漏点位，加强设备可靠性运行管理，减少泵、阀门、法兰等密封点的泄漏。二是轻质液储罐应用低泄漏呼吸阀，改善总烃逸散。三是轻质油品储罐应用高效液浮盘+高效密封形式，解决储罐无组织排放问题。四是密闭装车，回收装卸过程挥发性气体，减少装卸过程中的油品损耗。五是污水处理厂实施污水集气罩修复、改造，提高负压风速，减少甲烷、非甲烷总烃的逸散。

(6)提高新建项目准入条件

在高度重视“差异化、高端化、功能化”发展战略的同时，在项目建设的前期要加强碳评的管控，做到数据精准有据可依，实现碳排放总量和强度双控，避免盲目发展“高耗能、高排放、低水平”项目。降碳管控关口前移，合理利用能源，开展方案优化，采用节能型工艺流程与节能型设备设施，装置能耗对标先进。

(7)稳妥有序推进“碳中和”

石化行业采取原料改进、工艺改造等一系列手段，仍然无法实现“碳达峰”或无法实现规定的减碳目标，CCUS（二氧化碳捕集、利用和封存利用技术）可作为负碳手段来减少或者消除碳排放，对控制碳排放具有至关重要的意义。

目前，我国二氧化碳捕集分离技术主要为吸收法、吸附法、膜分离法、低温分离法等。以二氧化碳尾气为原料，提纯后生产纯碱（碳酸钠）、碳酸二甲酯、三嗪醇等化工原料，或在石油开采过程用于驱油。但目前CCUS 中回收成本较高，能耗较高，需结合企业二氧化碳资源浓度、可用量、下游对二氧化碳或其转化的产品的承接能力等，在工艺选择上做好比选。

4.保障措施

（1）体制机制。制度体系是低碳工作开展的保障，要积极开展低碳制度体系建设，健全制度保障。规范企业对碳排放的统计、管理等工作，明确职责分工、工作程序，为开展碳排放管控提供体制保障，并保持正常运行和持续改进。

建立健全低碳组织机构，加快推进节能减排降碳职能协同、工作协同和机制协同，确保低碳工作系统性开展。健全低碳管理制度，从碳排放指标到能源消耗，建立健全考核机制，形成低碳管理长效机制。加强人员培训，宣贯碳达峰碳中和等政策方针，形成全员参与的氛围，研讨碳排放量占比较大装置的提质降碳改造项目，制定并完善符合公司实际情况的低碳发展行动方案。

（2）组织机构。为贯彻执行国家及地方政府有关温室气体的方针、政策和制度，助力实现全国“碳达峰”目标与“碳中和”愿景，要成立企业碳达峰碳中和工作领导小组，以促进低碳管理工作系统性开展，同时对下一步“双碳”工作的开展进行部署和安排，统筹企业减碳项目规划，有步骤地实现减碳目标。

（3）技术保障。挖掘降碳潜能，强化数据支撑保障。要定期开展碳排放核查，通过节能措施、清洁燃料代替、工艺优化升级等多种渠道，从不同生产环节上挖掘可减少碳排放的可行措施。要强化能源计量水平、监测水平，设置专人管理计量各装置能耗数据，制定并持续更新监测计划，为碳排放核算提供数据支撑保障。

实施精细管理，激发发展新动能。可开展低碳审计、碳足迹评价等系统性工作，对公司温室气体排放源进行辨识并核算其排放量，诊断现有二氧化碳计量方法、统计及上报制度，审核碳达峰碳中和贯彻落实情况。

加强技术攻关，助力高质量发展。引进使用先进的温室气体减排技术、管理经验，开展技术攻关活动，降低现有装置、设备的能源消耗。推广应用低碳、降碳新技术、新材料、新工艺、新产品等。依靠科技进步逐步提高公司低碳管理水平，实现减排降碳目的，最终实现高质量发展。

调整能源结构，提升低碳能源占比。发展低碳产业，生产低碳产品或低碳消费品，与区域形成能源互补、空间均衡的产业格局。

5.结语

上述低碳发展行动路径大部分已经过实施验证具有较好效果，部分处于推动实施中，对炼厂具有较好的借鉴意义。碳达峰、碳中和是我国应对全球气候问题对世界作出的庄严承诺，充分体现了大国担当。推动碳达峰、碳中和工作有利于推动石化行业绿色转型，促进绿色生产方式，增加产品绿色含量，助力企业高质量发展。石化行业要将碳减排工作作为一项重要的战略任务进行安排部署，在继续开展污染防治行动的同时，紧抓制定碳排放达峰行动方案，尽快推动减污降碳做实、做细、做好。